Cuivre - Définition et Explications

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Métallurgie et affinage

Cuivre, métal pur à 99,95 %

Le cuivre devient pâteux vers 830 °C et fond autour de 1 100 °C (voir température de fusion : 1 084,45 °C).

L'affinage industriel du cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) s'effectue par électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de...) d'anodes de cuivre brut dans une solution de sulfate de cuivre (Le sulfate de cuivre est formé par la combinaison d'un ion cuivre (Cu2+) et d'un ion sulfate...). Les ions cuivre migrent vers la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction...) et les impuretés restent dans le bain. Ce procédé permet d'obtenir du métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) pur à 99,95 %

Écotoxicologie

Outre des impacts sur la fertilité (Pour le sens commun, la fertilité désigne à la fin du XXe siècle la...) du rat (Le mot « rat » désigne en français, dans le langage vernaculaire...), en laboratoire, le cuivre (utilisé comme pesticide (Un produit phytosanitaire est une substance émise dans une culture pour lutter contre des...) depuis l'Antiquité) a une action toxique très importante sur les algues et mousses. Comme c'est un produit non biodégradable, il s'accumule et finit par atteindre des taux suffisant pour tuer par exemple des moutons pâturant en aval de vignes traitées depuis plusieurs décennies. En France, environ un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) d’hectares de vignobles anciens sont ainsi si chargés de cuivre que d'ici quelques années ou décennies le seuil toxique y sera atteint pour les mammifères. Dans les régions d'épandage des lisiers porcins, la teneur en cuivre et zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément...) des sols est également en augmentation préoccupante.

Toxicologie

Le cuivre est un oligo-élément pour l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...), mais en 1988, Holland et White ont montré expérimentalement, in vitro, qu'il provoque chez le rat une immobilisation non réversible du sperme (in vitro, après inhalation provoquée d'un aérosol (Un aérosol est un ensemble de particules, solides ou liquides, d'une substance chimique...) de chlorure de cuivre). Des changements histomorphologiques, et dans la mobilité du sperme sont observés corrélativement à une modification du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) des testicules et des taux d'hormones sexuelles après 4 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) d'exposition à 19,6 mg/m3 de cuivre (Gabuchyan, 1987). Les auteurs remarquent que cette toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα...) pourrait expliquer l'efficacité contraceptive des stérilets en cuivre.
Pour en savoir plus, voir le rapport INERIS sur le cuivre. À des concentrations extrêmement élevées, le cuivre peut entraîner la nécrose du foie (Le foie est un organe abdominal impair et asymétrique, logé chez l'homme dans...).

Dosage du cuivre

La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de cuivre dans différents milieux est quantifiable par différentes méthodes analytiques. Pour dissocier le cuivre de la matrice de son milieu, il faut, la plupart du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), effectuer une digestion (La digestion est le processus au cours duquel un organisme vivant reçoit du milieu...) à l’aide d’un acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) (en général l’acide nitrique et/ou l’acide chlorhydrique). Le centre d’expertise en analyse environnementale du Québec utilise des techniques couplées soient l’ICP-MS pour les analyses dans la chair de poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18...) et des petits invertébrés et l’ICP-OES pour les analyses dans l’eau qui doit préalablement être acidifiée.

Applications en constructions mécanique et électrique

Le cuivre est rarement utilisé pur, sauf pour les conducteurs électriques et dans le cas où l'on souhaite une grande conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des...). Le cuivre pur est très ductile (allongement à la rupture élevé).

  • Les pièces de conduction : il est montré que les conductivités thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) et électrique du cuivre sont liées très fortement. Cela résulte du mode de transmission de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) et de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) dans les métaux, qui se fait majoritairement par déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) d'électrons. On notera à ce titre que le cuivre servant dans ce domaine doit être extrêmement pur (couramment 99,999 % Cu). Les impuretés solubles dans la matrice de cuivre telles que le phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et...) (même en très faible proportion) diminuent très fortement la conductivité. À l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) actuelle, le cuivre est souvent écarté au profit de l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....). Ce dernier présente de fait un rapport conductivité sur densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) bien plus favorable. Plus aucun radiateur d'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) n'est aujourd'hui en cuivre. Quand on sait également que l'aluminium est beaucoup moins cher que le cuivre, on comprend pourquoi il en est de même pour les câbles électriques HT.
  • Le cuivre est couramment utilisé en laboratoire comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est...) sur poudres. La raie (Raie [ʀɛ] est un nom vernaculaire ambigu qui correspond en français à de...) Kα du cuivre a pour longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) 1,54182 Å.

Les alliages de cuivre, en revanche, sont très largement utilisés dans de nombreux domaines. Les alliages les plus célèbres sont certainement le laiton (Cu-Zn) et le bronze (Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain...) (Cu-Sn) qui ont été élaborés bien avant qu'on ne fasse les premières coulées de cuivre pur. Les Fonts baptismaux de la collégiale (Une collégiale est une église qui a été confiée à un collège de...) St Barthélémy de Liège ont fasciné les chercheurs à ce niveau. Il a fallu se rendre à l'évidence que le laiton est plus facilement élaborable que le cuivre pur et le zinc pur séparés. Cela résulte simplement de la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) des solutions, produire un métal impur à partir d'un minerai impur est plus facile qu'extraire un métal pur d'un minerai impur. Le cuivre est utilisé en alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments...) avec l'aluminium pour en augmenter la résistance mécanique dans la construction aéronautique (La construction aéronautique regroupe les métiers de la conception, de la fabrication et...).

  • Pièces mécaniques : le cuivre pur ou légèrement allié présente des propriétés mécaniques satisfaisantes mais il n'est généralement pas utilisé en raison de sa densité élevée (comparé au magnésium (Le magnésium est un élément chimique, de symbole Mg et de numéro atomique 12.) et à l'aluminium ou même au fer), sa rareté et son coût d'élaboration (et donc d'achat) limite fortement son utilisation. Actuellement, la présence de cuivre dans certains alliages est plus pour son caractère semi-noble que mécanique pur.
  • Pièces de frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre...) et d'usure : voir l'article tribologie.
  • Pièces devant résister à la corrosion, l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins...) de cuivre est stable à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante et recouvre généralement par une fine couche isolante les pièces en cuivre. Il est assez semblable à l'aluminium à ce niveau.
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